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被动房是如何工作的?
类别:节能环保  日期:2018-8-22  来源:  点击率:1680  打印 关闭




被动房是一个世界级的节能建筑标准,是通过建立室内与外界环境的隔绝状态以避免能量损失的一种节能建筑。


随着世界上城镇化进程的不断推进,城市中建筑物密度不断增加,紧紧依靠自然通风已无法满足建筑物的室内通风需求。为满足建筑物室内舒适度需求,为住户提供足够清新、卫生的空气,机械式通风系统逐渐成为建筑物建设与旧建筑物改造的关键。


随着机械式通风系统的普遍应用,被动房的初始概念逐渐形成——能否借助新风系统解决建筑物的供暖、供冷问题?在通风系统一物两用可以节省设备投资的同时可大幅度减少空气的再循环降低室内噪音和空气紊流。


被动房正是基于这一初始概念发展而来——为实现新风供暖、供冷的目标,供暖、供冷负荷必须控制在10W/m2以内。


 被动房定义 


被动房不仅仅是一个建筑物能耗标准,它同时整合了最高水平的室内舒适度需求。被动式建筑的确切定义为:


被动房是满足ISO7730热舒适标准的建筑,它通过满足室内空气质量的新鲜空气提供室内供暖、供冷需求,且没有附加的空气再利用。


这是一个纯功能性定义,不附加任何数值指标,且适用于任何气候区。可以看出,被动式建筑是一个基本概念而非随意的标准,可以由任何人根据其原则进行解释。下述内容对理解被动房的概念有所帮助:


除位于“幸运气候带”内的建筑物,所有气密性建筑需要高效通风系统保证室内的空气质量,被动房的通风系统可与供暖(供冷)功能兼用,且无需增加额外的管道、技术性接口和辅助风扇等设备、无超出保证空气质量需求的新风。


图2 通风系统提供保证室内空气质量的新风


超低能耗自动隐含在其中:毕竟为保证空气质量的新风供暖能力极为有限,无附加采暖设备仅仅依靠新风采暖只可能在热损失极低的建筑物内实现。


为保证室内空气质量的人均新风量需求为30m3/h,为避免产生尘埃及异味,新风温度需控制在50°C以下。空气在20°C、正常气压下(室内舒适温度,ISO7730)的比热容为0.33Wh/m2K,此时有:


30m3/hr/pers×0.33Wh/m3K×(50K-20K)=300W/pers


即满足室内空气质量的新风供暖能力为300W/pers,按常规居住建筑中人均居住面积30m2计,仅依靠新风进行供暖时的最大热负荷为10W/m2——与气候无关,该数值指年间热量需要最大的时段,被动房的保温级别和能耗水平取决于气候条件,极端气候条件区需要比温和气候区更高的保温级别和较高的能耗。


供暖负荷特定值不等同于供暖能耗,由于具体的供暖能耗更容易统计监测取得,为简化被动房的认证工作,认证标准中给出了15kWh/m2a的年度供暖能耗指标。申请认证时允许在供暖负荷指标(10W/m2)和年度供暖能耗指标(15kWh/m2a)之间进行选择。


事实上,15kWh/m2a的难度供暖能耗仅仅是一个基准值,在中欧气候区与10W/m2的供暖负荷基本相当。但在斯德哥尔摩,10W/m2的供暖负荷相当于的年度热能耗约为20kWh/m2a,而在罗马则远小于10kWh/m2a。


被动房的实际意义在于,在任何气候区,能量消耗的服务对象永远是全人类——为当地居民提供舒适的生活空间。被动房是一个功能性标准,不同的气候环境下需要依靠建筑师的自由发挥建立不同的解决方案,建筑风格和建造方法完全取决于气候。那些建设在“幸运气候区”的建筑永远是被动式建筑。


 基本目标 


作为被动房,应在满足舒适性标准ISO7730《热舒适环境——PMV和PPD的测定及条件》对热舒适性的要求并保持室内空气的清新的基础上,采取必要的措施满足被动房认证标准中各项指标。与现行的节能建筑不同的是,被动房更为强调实际监测结果和住户体验,符合认证标准的监测结果和良好的住户体验是被动房取得并保持认证的关键。


作为基本条件,被动房应满足下述舒适性指标:


  • 除特定业态的特殊需求外,室内气温保持在20°C至25°C之间;

  • 夏季过热几率hθ≤25°C≤10%;

  • 室内空气CO2含量基本保持在优良水平(≤800ppm)。

  • 与此同时,被动房尚需满足各项认证标准中规定的指标:

  • 供暖、供冷负荷低于10W/m2,或按照供暖、供冷能耗计,年耗能不超过15kWh/m2a。

  • 建筑物总能耗按原生态能源消费计算,控制在120kWh/m2a以内。

  • 对建筑外围护结构的气密性测试结果应满足n50≤0.6h-1


 基本措施 


原则上,被动房可以采取任何形式的保温、节能措施,大量的建设实践证明,通过保温、气密性和通风热回收等三个方面的措施可以将建筑物的能耗控制在一个极低水平,满足被动房认证的要求。


1 良好的保温


保温是避免传导热损失的关键,被动房通过高效保温层、高效保温门窗形成连续的建筑物保温外维护,阻断室内因外热传导所形成的热传导。


热桥效应随着保温层厚度增加而增强,被动房中的热桥损失增大至与保温层整体热损失相当的量级,因此在被动房的保温设计中无热桥设计起着决定性作用。


2 非同寻常的气密性标准


良好的气密性是被动房中减少无组织通风和避免热对流损失的必要措施,在被动房中,要求建筑物外维护结构具有良好的气密性,气密性测试应满足n50≤0.6h-1(正压、负压),对于大体量建筑还需考虑q50指标。


图3 被动房基本工作机理


3 通风热回收


建筑物中,因通风换气引起的热损失是巨大的,缺少高效的通风热回收,被动房10W/m2的供暖、供冷目标将无从谈起。在被动房中,通风热回收效率通常不得低于75%。


作为一名被动房设计师,应正确理解并掌握被动房的工作原理和相关的建筑物理知识。


本文摘自建学丛书增刊《被动式建筑(被动房)》,绿色建筑研习社已取得本书连载授权,转载必究。建学建筑与工程设计所有限公司致力于绿建及超低能耗建筑设计,现已建成和在建PHI认证标准项目共4项。





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